Ohitusaste - Bypass ratio
Ohitus suhde ( BPR ) on ohivirtaus- moottori on suhde massan virtausnopeus ohituksen virran massavirtausnopeus sydämeen tulevan. Esimerkiksi ohitussuhde 10: 1 tarkoittaa, että ohituskanavan läpi kulkee 10 kg ilmaa jokaista sydämen läpi kulkevaa 1 kg ilmaa kohti.
Turbofanimoottoreita kuvataan yleensä BPR: nä, jotka yhdessä moottorin painesuhteen , turbiinin tulolämpötilan ja tuulettimen painesuhteen kanssa ovat tärkeitä suunnitteluparametreja. Lisäksi BPR on noteerattu potkuriturbiinimoottoreille ja ilmanpuhaltimille, koska niiden korkea työntövoima antaa niille erittäin korkean ohituksen turbopuhaltimien yleiset tehokkuusominaisuudet. Tämä mahdollistaa niiden näyttämisen yhdessä turbopuhaltimien kanssa kohteissa, joissa näkyy suuntauksia polttoaineen ominaiskulutuksen (SFC) vähentämiseksi BPR: n kasvaessa. BPR: tä käytetään myös hissituulettimissa, joissa tuulettimen ilmavirta on kaukana moottorista eikä kosketa fyysisesti moottorin ydintä.
Ohitus tarjoaa pienemmän polttoaineenkulutuksen samalla työntövoimalla mitattuna työntövoiman ominaiskulutuksena (grammaa/sekunnissa polttoainetta työntövoimayksikköä kohti, kN käyttäen SI -yksiköitä ). Pienempi polttoaineenkulutus, joka liittyy korkeisiin ohitussuhteisiin, koskee turbopropelleja , joissa käytetään potkuria eikä kanavaista tuuletinta. Suuret ohitusmallit ovat hallitseva tyyppi kaupallisissa matkustajalentokoneissa ja sekä siviili- että sotilaslentokoneissa.
Liikesuihkut käyttävät keskikokoisia BPR -moottoreita.
Taistelulentokoneet käyttävät moottoreita, joilla on alhaiset ohitussuhteet kompromissiin polttoainetalouden ja taisteluvaatimusten välillä: suuret teho / paino-suhteet , yliäänen suorituskyky ja kyky käyttää jälkipoltinta .
Periaatteet
Jos kaikki kaasuturbiinin kaasuvoima muunnetaan liike -energiaksi potkurisuuttimessa, lentokone soveltuu parhaiten suurille yliäänenopeuksille. Jos se kaikki siirretään erilliseen suureen ilmamassaan, jolla on alhainen liike -energia, lentokone soveltuu parhaiten nollanopeudelle (leijuu). Välillä tapahtuvalle nopeudelle kaasuvoima jaetaan erillisen ilmavirran ja kaasuturbiinin oman suuttimen välillä suhteessa, joka antaa lentokoneelle vaaditun suorituskyvyn. Ensimmäiset suihkukoneet olivat aliääntä ja potkurisuuttimen huono sopivuus näille nopeuksille suuren polttoaineenkulutuksen vuoksi ymmärrettiin ja ehdotettiin ohitusta jo vuonna 1936 (UK -patentti 471 368). Ohituksen taustalla oleva periaate on pakokaasun nopeuden vaihtaminen ylimääräiseksi massavirtaksi, joka antaa silti vaaditun työntövoiman mutta käyttää vähemmän polttoainetta. Frank Whittle kutsui sitä "virran hillitsemiseksi". Teho siirretään kaasugeneraattorista ylimääräiseen ilmamassoon, ts. Suuremman halkaisijan omaavaan suuttimeen, joka liikkuu hitaammin. Ohitus hajauttaa käytettävissä olevan mekaanisen tehon suuremmalle ilmalle suihkun nopeuden pienentämiseksi. Massavirran ja nopeuden välinen kompromissi näkyy myös potkureissa ja helikopteriroottorissa vertaamalla levyjen kuormitusta ja tehokuormaa. Esimerkiksi samaa helikopterin painoa voidaan tukea suuritehoisella moottorilla ja halkaisijaltaan pienellä roottorilla tai vähemmän polttoainetta pienemmällä moottorilla ja suuremmalla roottorilla, jolla on pienempi nopeus roottorin läpi.
Ohitus viittaa yleensä kaasuvoiman siirtämiseen kaasuturbiinista ohitusilmavirtaan polttoaineen kulutuksen ja suihkumelun vähentämiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan vaatia jälkipoltimoottoria, jos ainoa ohitusvaatimus on jäähdytysilman tuottaminen. Tämä asettaa BPR: n alarajan, ja näitä moottoreita on kutsuttu "vuotaviksi" tai jatkuvatoimisiksi turboreaktoreiksi (General Electric YJ-101 BPR 0,25) ja alhaisen BPR-turboreaktoreiksi (Pratt & Whitney PW1120). Alhaista BPR: ää (0,2) on käytetty myös Pratt & Whitney J58: n ylijäämämarginaalin ja jälkipolttojäähdytyksen aikaansaamiseen .
Kuvaus
Nollaohitusmoottorissa korkea lämpötila ja korkeapaineinen pakokaasu kiihtyvät laajentumalla potkurisuuttimen läpi ja tuottavat kaiken työntövoiman. Kompressori absorboi kaiken turbiinin tuottaman mekaanisen voiman. Ohitusmallissa ylimääräiset turbiinit käyttävät kanavaista tuuletinta, joka kiihdyttää ilmaa taaksepäin moottorin edestä. Korkean ohituksen rakenteessa kanavoitu tuuletin ja suutin tuottavat suurimman osan työntövoimasta. Turbopuhaltimet liittyvät läheisesti turbopropelleihin periaatteessa, koska molemmat siirtävät osan kaasuturbiinin kaasutehosta ylimääräisten koneiden avulla ohitusvirtaan, jolloin kuuma suutin ei muutu kineettiseksi energiaksi. Turbopuhaltimet edustavat välivaihetta turboreaktoreiden , jotka saavat kaiken paineensa pakokaasuista, ja turboahtimien välille, jotka saavat minimaalisen työntövoiman pakokaasuista (tyypillisesti 10% tai vähemmän). Akselitehon poistaminen ja siirtäminen ohitusvirtaan aiheuttaa lisähäviöitä, jotka ovat enemmän kuin parannetun käyttövoiman hyötysuhde. Parhaalla lentonopeudella varustettu turbopotkuri säästää merkittävästi polttoainetta verrattuna turboreaktioon, vaikka turboturbiinin, pienen häviön potkurisuuttimeen lisättiin ylimääräinen turbiini, vaihteisto ja potkuri. Turbopuhaltimella on ylimääräisiä häviöitä ylimääräisistä turbiineistaan, tuulettimesta, ohituskanavasta ja lisävoimansiirtosuuttimesta verrattuna turbojetin yksittäiseen suuttimeen.
Jotta voitaisiin nähdä pelkän BPR: n lisäämisen vaikutus lentokoneen kokonaistehokkuuteen eli SFC: hen, on käytettävä yhteistä kaasugeneraattoria eli Brayton -syklin parametrien tai komponenttien hyötysuhteiden muuttumista. Bennett osoittaa tässä tapauksessa suhteellisen hidasta nousua häviöissä, jotka siirtävät voimaa ohitukseen, samalla kun pakokaasun häviöt vähenevät nopeasti ja SFC paranee merkittävästi. Todellisuudessa BPR: n nousu ajan myötä liittyy kaasugeneraattorin tehokkuuden peittämisen nousuun, jossain määrin BPR: n vaikutukseen.
Vain painon ja materiaalien rajoitukset (esim. Turbiinin materiaalien lujuudet ja sulamispisteet) vähentävät tehokkuutta, jolla turbopuhaltimen kaasuturbiini muuntaa tämän lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi, sillä pakokaasuilla voi silti olla käytettävissä olevaa energiaa Poistettuna jokainen staattori ja turbiinilevy hakee asteittain vähemmän mekaanista energiaa painoyksikköä kohti ja lisää järjestelmän puristussuhdetta lisäämällä kompressorivaihetta järjestelmän yleisen tehokkuuden lisäämiseksi lisää lämpötilaa turbiinin etupuolella. Siitä huolimatta ohitusmoottoreilla on suuri työntövoima, koska jopa suuren suuren tilavuuden nopeuden ja sen seurauksena ilmamassan nopeuden lievä lisääminen aiheuttaa erittäin suuren muutoksen vauhdissa ja työntövoimassa: työntövoima on moottorin massavirta (ilmavirta moottori) kerrottuna tulo- ja pakokaasun nopeuksien erotuksella-lineaarinen suhde-mutta pakokaasun liike-energia on massavirta kerrottuna puolet nopeuseron neliöstä. Alhainen kuormitus (työntövoima levyä kohti) lisää lentokoneen energiatehokkuutta ja vähentää polttoaineen kulutusta.
Rolls-Roycen Conway ohivirtausmoottorit moottori, kehitettiin 1950-luvun alussa, oli varhainen esimerkki ohituksen moottori. Kokoonpano oli samanlainen kuin 2-puolainen turbojet, mutta ohitusmoottoriksi se varustettiin ylisuurella matalapainekompressorilla: virtaus kompressorin siipien sisäosan läpi meni ytimeen, kun siipien ulompi osa puhalsi ilmaa ytimen ympärillä lopun työntövoiman aikaansaamiseksi. Conwayn ohitussuhde vaihteli välillä 0,3 ja 0,6 variantista riippuen
Ohitusasteiden kasvu 1960-luvulla antoi jetlinereille polttoainetehokkuuden, joka voisi kilpailla mäntäkäyttöisten lentokoneiden kanssa. Nykyään (2015) useimmissa suihkumoottoreissa on ohitus. Nopeiden lentokoneiden nykyaikaisissa moottoreissa, kuten matkustajakoneissa, on ohitussuhde jopa 12: 1; nopeammilla lentokoneilla, kuten hävittäjillä , ohitussuhteet ovat paljon pienemmät, noin 1,5; ja aluksilla, jotka on suunniteltu nopeuksille 2 Mach ja hieman yli, on ohitussuhteet alle 0,5.
Turbopropelleilla on ohitussuhteet 50-100, vaikka propulsioilmavirta on potkureille vähemmän selkeästi määritelty kuin puhaltimille ja potkurin ilmavirta on hitaampi kuin turbopuhaltimien suuttimien ilmavirta.
Moottorin ohitussuhteet
| Malli | Ensimmäinen | BPR | Työntövoima | Tärkeimmät sovellukset |
|---|---|---|---|---|
| P&WC PT6 / P&WC PW100 -potkuriturbiinit | 50-60 | Super King Air / ATR 72 | ||
| P&W PW1000G | 2008 | 9.0–12.5 | 67-160 kN | A320neo , A220 , E-Jets E2 , Irkut MC-21 |
| RR Trent 1000 | 2006 | 10.8–11 | 265,3–360,4 kN | B787 |
| CFM LEAP | 2013 | 9,0–11,0 | 100–146 kN | A320neo , B737Max , Comac C919 |
| GE GE90 | 1992 | 8.7–9.9 | 330–510 kN | B777 |
| RR Trent XWB | 2010 | 9.3 | 330–430 kN | A350XWB |
| GE GEnx | 2006 | 8,0–9,3 | 296-339 kN | B747-8 , B787 |
| EA GP7000 | 2004 | 8.7 | 311–363 kN | A380 |
| RR Trent 900 | 2004 | 8.7 | 340-357 kN | A380 |
| RR Trent 500 | 1999 | 8.5 | 252 kN | A340 -500/600 |
| CFM56 | 1974 | 5,0–6,6 | 97,9-151 kN | A320 , A340 -200/300, B737 , KC-135 , DC-8 |
| P&W PW4000 | 1984 | 4.8–6.4 | 222–436 kN | A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , B777 , MD-11 |
| GE CF34 | 1982 | 5.3–6.3 | 41–82,3 kN | Challenger 600 , CRJ , E-suihkukoneet |
| Silvercrest | 2012 | 5.9 | 50,9 kN | Cit. Puolipallo , Falcon 5X |
| RR Trent 800 | 1993 | 5,7–5,79 | 411-425 kN | B777 |
| GE -passi | 2013 | 5.6 | 78,9-84,2 kN | Maailmanlaajuinen 7000/8000 |
| P&WC PW800 | 2012 | 5.5 | 67,4–69,7 kN | Gulfstream G500/G600 |
| GE CF6 | 1971 | 4.3–5.3 | 222-298 kN | A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , MD-11 , DC-10 |
| D-36 | 1977 | 5.6 | 63,75 kN | Jak-42 , An-72 , An-74 |
| RR AE 3007 | 1991 | 5.0 | 33,7 kN | ERJ , viite X |
| RR Trent 700 | 1990 | 4.9 | 320 kN | A330 |
| IAE V2500 | 1987 | 4,4–4,9 | 97,9-147 kN | A320 , MD-90 |
| P&W PW6000 | 2000 | 4.90 | 100,2 kN | Airbus A318 |
| RR BR700 | 1994 | 4.2–4.5 | 68,9–102,3 kN | B717 , Global Express , Gulfstream V |
| P&WC PW300 | 1988 | 3.8–4.5 | 23,4–35,6 kN | Cit. Suvereeni , G200 , F.7X , F. 2000 |
| GE-H HF120 | 2009 | 4.43 | 7,4 kN | HondaJet |
| HW HTF7000 | 1999 | 4.4 | 28,9 kN | Challenger 300 , G280 , Legacy 500 |
| PS-90 | 1992 | 4.4 | 157–171 kN | Il-76 , Il-96 , Tu-204 |
| PowerJet SaM146 | 2008 | 4–4.1 | 71,6–79,2 kN | Sukhoi Superjet 100 |
| Williams FJ44 | 1985 | 3.3–4.1 | 6,7–15,6 kN | CitationJet , Cit. M2 |
| P&WC PW500 | 1993 | 3.90 | 13,3 kN | Viittaus Exceliin , Phenom 300 |
| HW TFE731 | 1970 | 2,66–3,9 | 15,6–22,2 kN | Learjet 70/75 , G150 , Falcon 900 |
| RR Tay | 1984 | 3.1–3.2 | 61,6–68,5 kN | Gulfstream IV , Fokker 70 / 100 |
| Pratt & Whitney Kanada PW600 | 2001 | 1,83–2,80 | 6,0 kN | Cit. Mustang , Eclipse 500 , Phenom 100 |